Устройство для определения положения вертикального щита и крепи Советский патент 1984 года по МПК E21D1/00 

сл ел

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проходке шахтных стволов вертикальным тцитом с одновременным контролем положения щита и тюбинговой крепи от носительно геометрической оси ствола Известно устройство для определения отклонения вертикального щита, содержащее штангу с направляющей, причем штанга выполнена с отверстием для пропуска троса центрального отвеса, а направляющая закреплена через шарнир и опору скольжения Cl3. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому является устройство для опре деления положения вертикального щита относительно оси ствола, содержащее датчики, установленные на опорной Части проходческого оборудования и соединенные в электрическую схему, связанную с пультом управления и центральным отвесом 2. Недостатками известных устройств являются: необходимость постоянного нахождения устройств во время замеро в центре ствола, что влечет за собой перерывы в работе проходческой брига ды; дополнительные затраты времени на успокоение датчика направления (центрального отвеса); ввиду жестко связи устройств со щитом невозможнос замера положения тюбинговых колец от носительно оси ствола, что является основным показателем качества проход ки; базовым элементом в этих устройс вах является вертикальный щит, которьй во время проходки ствола деформи руется в плане, приобретая эллиптичную форму с различной ориентировкой главных осей во времени. Это обстоятельство в большой степени влияет на точность замеров. В предлагаемом устройстве, которо также располагается на поле щита, в качестве базового элемента используется нижнее кольцо тюбинговой крепи, которое является жестким. При проходке стволов шахт вертикальными щитами в сложных горно-геологических условиях большое значение имеет получение достоверной информации о положении устанавливаемой тюбинговой крепи и самого вертикального щита относительно оси ствола. При достаточно жестких допусках в отклонениях щита и крепи (при проходке стволов диаметром порядка 5,0м этот допуск составит 3 см) периодический контроль за положением системы ось ствола-крепь-щит является обязательным элементом проходки. Кроме того, поскольку положение крепи тесно связано с положением щита, необходима информация о взаимном положении элементов системы. Щит при проходке приобретает форму, близкую к эллипсу с различной ориентировкой осей симметрии в процессе проходки. Величина строительного зазора (расстоянии между оболочкой щита и крепью) меняется по периметру щита в процессе проходки. Производство замеров с помощью измерительного маркшейдерского инструмента занимает много времени и не обес-. печивает достаточной точности. Для полного представления о взаимном положении системы щит-крепь-ось ствола необходимо одновременное получение данных о положении щита н крепи, что не всегда возможно с помощью традиционных устройств по технологическим причинам. Сопоставление информации о положении крепи и вертикального щита дает возможность вовремя задать последнему нужное направление при проходке . Цель изобретения - повьш1ение удобства обслуживания и сокращение времени на производство замеров. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения положения вертикального щита, содержащее датчики, установленные на опорной части проходческого оборудования и соединенные в электрическую схему, связанную с пультом управления и центральным отвесом, снабжено размещенным на нижней полке тележкой с консольной балкой, основной и дополнительной рейками, п&двешенными на основной рейке параллельно ей с возможностью аксиального перемещения, при этом основная рейка шарнирно связана с консольной балкой, причем на одном конце основной рейки установлены валик и ролик с возможностью контактирования с крепью, а на другом размещены датчики, ориентированные на центральный отвес, при этом основная рейка снабжена источниками света, направленными один к другому в вертикальной плоскости, а дополнительные рейки - датчиками, обращенными на соответствующий источник света. Таким образом, обеспечивается одновременный контроль положения тюбин31говой крепи в стволе и самого щита относительно геометрической оси ство ла. На фиг. 1 показан щит с устройством, включая часть нижнего полка и внутреннюю оболочку, разрез; на .фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 и 5 - соответственно узлы 1 и Л на фиг. 1; на фиг. 6 - схема замеров при отклонении ножевой части щита. Вертикальный щит с устройством состоит из ножевой части 1, силовых домкратов 2, нижнего полка 3 с рельсовой колеей 4, по которой может двигаться транспортная двускатная те лежка 5, оборудованная раздвижной консольной балкой 6, имеющей на противоположном конце встроенный шарнир но-амортизационный узел 7. Основная измерительная рейка 8 с наружного конца (фиг. 1) имеет матри цу фотодиодов 9, на которые попадают сфокусированный луч 10 лазера, исполняющий роль центрального отвеса Величина в метрических единицах отсчитыва,ется по цифровому индикатору 11. На противоположном конце основкой линейки параллельно ее продольной оси установлен валик 12 с резино вым покрытием, который прижимается к тюбинговой крепи 13, а с внутренней образующей тюбингового кольца контактирует прижимной щкив-ролик 14. С помощью двух вертикальных стоек 15 основная рейка 8 соединена с шарнирнр-амортизационным узлом. Ниже основной измерительной рейки расположены две дополнительные рейки 16 и 17, подпружиненные рессорами 18 и 19. и двигающиеся в вертикальных прорезных стойках 20 и 21, являющихся направляющими. На противоположных концах дополнительных реек 16 и 17 установлены прижимные ролики 22 и 23 с резиновым покрытиемi контактирующие с поверхностью внутренней оболочки 24 щита. Обе.дополни тельные рейки оснащены матрицами фотрдиодов 25 и 26 с сфокусированными на них источниками 27 и 28 света. Жесткость конструкции дополнительно обеспечивается Г-образной стойкой 29 с укосиной 30. На транспортной те лежке установлен кронштейн 31 с фиксатором (условно не показан). 44 Независимость подвески измерительной конструкции по отношению к нижнему полку щита обеспечивается за счет шарнирно-амортизационного узла (фиг. 6). Устройство работает следующим образом. Перед проведением измерений штоки домкратов 2 устанавливают в нижнее положение (фиг. 1), при этом обеспечивается доступ к внутренней оболочке 24 щита. На нижней полке 3 с установленной на нем рельсовой колеей 4 располагается транспортная тележка 5 со (смонтированньм устройством. Консольная балка 6 с шарнирно-амортизационным узлом 7 находится в положении, показанном на фиг. 1 и 6. На основную измерительную рейку 8, на ОДНОМ из концов которой встроена матрица фотодиодов 9, попадает лазерный луч 10, сфокусированный по геометрической оси ствола. Контролируют расстояние г р(фиг.1) по периметру тюбингового кольца. Отсчет производят по индикатору 11. При движении устройства по рельсам валик 12 плотно прижимается к нижнему торцу кольца тюбинговой крепи 13, а подпружиненньй (с учетом горизонтального перемещения) ролик 14, обкатывается по внутренней образующей, тюбингового кольца. При отклонении ножевой части щита шарнирно-амортизационный узел обеспечивает постоянное горизонтальное положение измерительных реек, связанных с последним с помощью двух стоек 15 (фиг. 2). Угол отклонения ножевой части щита от оси ствола определяют путем контроля расстояний по двум нижним рейкам 16 и 17 с учетом их разности и фактической высоты щита (фиг. 6). Указанная операция осуществляется с помощью нижних реек, подпружиненных рессорами 18 и 19 и двигающихся в вертикальных прорезных стойках 20 и 21. Выдвижные концы дополнительных реек снабжены подпружиненными роликами 22 и 23, которые при производстве замеров обкатываются по внутренней оболочке 24 щита.Каждая дополнительная рейка имеет матрицу фотодиодов 25 и 26 (фиг. 1), на которые сфокусированы источники 27 и 28 света. Фотодиоды электрической цепью соединены с электронно-преобразовательным блоком и регистрирующим устройством (условно не показаны). Основная рейка 8, направленная по радиусу в центр ствола, является помехой во время производства погрузки породы, движени подъемных сосудов и т.п. Поэтому во время прохода бадей она может быть повернута в горизонтальной плоскости вокруг кронштей .на 31 и расположена вдоль полка щита. Для этого опускают ролик 14 в нижнее положение и вручную поворачивают устройство на 90 в любую сторону. Пользуясь полученной информацией, можно определить положение ножевой части щита относительно оси ствола, для чего необходимы следующие исходные данные (фиг. 6): расстояние Ь от кромки ножевой части щита 1 до нижне го ролика 23; расстояние а между ниж ним и верхним роликом. При обкатке устройства по перимет ру щита можно ползгчить по дополнител ным рейкам 16 и 17 величины Х и Х(рис. 3). Отклонение ножевой части X от оси ствола за счет перекоса щита может быть подсчитано из подобия треугольников : ()(X2-X) В случае ухода щита от оси ствола без перекоса (т.е. ) отклонение X представляется как разность , где г - внутренний проектный радиус Полная величина отклонения ножевой части щита при перекосе его подсчитывается по формуле: Х,(Х2-Хц)+Х, где Xj - отсчет по рейке при отсутствии отклонения нохсевой части и проектной величине строительного зазора. , . Положение тюбингов крепи относительно оси ствола фиксируется без промежуточных вычислений путем замера г р с помощью основной рейки 8 (фиг. 1). Практика проходки стволов вертикальными Щитами показала, что точность измерения положения тюбингового кольца в пределах 1 см и положения вертикального щита в пределах 3 см относительно оси ствола вполне достаточна для обеспечения высокого качества строительства. Предлагаемое изобретение эти параметры обеспечивает. За базовый объект для сравнения технико-экономической эффективности принят мерительньй инструмент, применяемый при щитовой проходке. Экономический эффект от использо- вания предлагаемого изобретения возникает в результате высвобождения одного маркшейдерского рабочего, присутствие которого необходимо при замерах прежним средством (при существующих средствах необходимо минимум два человека, причем один из них должен находиться в непосредственной близости от центрального отвеса). Кроме того, производство замеров с помснцью предлагаемого изобретения не нарушает технологического процесса проходки и может осуществляться в любое время (кроме времени монтажа очередного кольца чугунной тюбинговой крепи, которое устанавливается в течение одной смены, раз в сутки). Таким образом, за счет высвобождения одного подземного рабочего создается экономия в размере около 5 тыс.руб. в, год (считая средний заработок рабочего с учетом надбавки за подземные условия).

„- 20 11 18 IS 8

/ / / / /

А повернуто

W////M,

/J

6- б noBepnymd

Фиг. 2

J

О

ж

S

V

Фиг.

Пповернуто

УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЩИТА И КРЕПИ, содержащее датчики, установленные на опорной части проходческого-оборудования и соединенные в электрическую схему, связанную, с пультом управления и центральным отвесом, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства обслуживания и сокращения времени на производство замеров, устройство снабжено размещенной на нижней полке тележкой с консольной балкой, основной и дополнительной рейками, подвещенными на основной рейке параллельно с во змолшостью аксиального перемещения, при этом основная рейка шарнирно связана с консольной балкой, причем на одном конце основной рейки установлены валик и ролик с возможностью контактирования с крепью, а на другом размещены датчики, ориентированные на центральный отвес,ч при этом основная рейка снабжена источниками света, направ- I ленными один к другому в вертикальной плоскости, а дополнительные рей- ки - датчиками, обращенными на соответствующий источник света.

//.

1215/7 г4

Фиг. 5